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Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Regelung der Lichtbogenlänge beim Schweissen, insbesondere beim WIG-Schweissen, vorzugsweise beim automatischen WIG-Schweissen, beispielsweise Roboterschweissen, wobei von einer Regeleinheit über ein Motorstellglied die Verstellung des Brenners über einen Motor zum Werkstück erfolgt, sowie auf eine Anordnung zur Durchführung dieses Verfahrens.
Aus der US 5, 245, 546 A ist ein Verfahren zur Regelung der Lichtbogenlänge beim Schweissen mit einem Mikroprozessor, einem Speicher und einem digitalen Regelkreis bekannt. Diese Komponenten werden dabei über Verbindungsleitungen zusammengeschlossen bzw. wird mit diesen Komponenten eine externe Regeleinheit aufgebaut, die anschliessend mit der Stromquelle verbunden wird. Nachteilig ist hierbei, dass ein erheblicher Verdrahtungsaufwand vonnöten ist, um eine Lichtbogenregelung durchführen zu können. Weiters entstehen bei Schweissprozessen erhebliche Störsignale, die durch den hohen Stromfluss verursacht werden, sodass bei der Signalübertragung über die Verkabelung Störungen auf den Regelprozess einwirken, die nur mit erhöhtem elektronischen Aufwand kompensiert werden können.
Es ist bekannt, bei mechanisierten bzw. automatisierten Schweiss-Fertigungsprozessen Regelungen einzusetzen, die die Länge des Lichtbogens möglichst konstant halten. Die Lichtbogenlänge - und damit der Abstand zwischen Brenner und Werkstück - kann mechanisch oder mit Hilfe der Lichtbogenspannung elektronisch konstant gehalten werden. So ist es beispielsweise bei der WIG-Schweissung üblich, für eine Lichtbogenregelung einen externen Regler einzusetzen, der praktisch auf einen Arbeitspunkt eingestellt ist. Wie ja allgemein bekannt, benötigt der bekannte Regler zur Ermittlung des Lichtbogenabstandes Strom- und Spannungs-Istwerte.
Dazu ist aber die Lichtbogenkennlinie nicht als Kurve im Strom-SpannungsDiagramm, sondern als ansteigende Gerade definiert. Ein weiterer Nachteil dieser bekannten Regler ist darin zu sehen, dass eine automatische Unterscheidung zwi-
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schen WIG-Wechselstromschweissen und WIG-Gleichstromschweissen ohne zusätzliche Signale der Stromquelle nicht möglich ist. Weiters muss ein Bezug zum Schweissprozess mittels Digitalsignale, beispielsweise einem digitalen Stromflusssignal, geschaffen werden. Dies ist notwendig, um die Lichtbogenlängenregelung zu aktivieren bzw. zu deaktivieren.
Die bekannte Regelung weist somit den Nachteil auf, dass ein hoher externer Aufwand, nämlich der externe Regler, gegeben ist. Dadurch fällt aber auch ein hoher Schnittstellen- und Verkabelungsaufwand an.
Wie ja allgemein bekannt, findet beim WIG-Schweissen vorzugsweise eine Hochfrequenz-Zündung Anwendung. Dadurch ist ein weiterer Nachteil der bekannten Regleranordnung gegeben, nämlich dass diese Hochfrequenz-Zündung das elektrische Feld der Verkabelung beeinflusst, wodurch Fehler in der Übertragung auftreten können.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verfahren und weiters eine Anordnung zur Regelung der Lichtbogenlänge zu schaffen, das bzw. die einerseits die obigen Nachteile vermeidet und das bzw. die andrerseits eine gleichmässige Qualität der Schweissverbindung gewährleistet.
Diese Aufgabe der Erfindung wird dadurch gelöst, dass die für die Schweissung erforderlichen Parameter, wie beispielsweise der Schweissstrom und/oder die Schweissspannung und/oder die Lichtbogenlänge und/oder die Betriebsart, nämlich Wechselstrom oder Gleichstrom und/oder die Art des Gases bzw. die Gasdurchflussmenge oder dgl.
über eine Eingabevorrichtung in eine in einer Stromquelle integrierten Regeleinrichtung vorgegeben werden und dass entsprechend diesen Parametern von einem Mikroprozessor der Regeleinrichtung der Algorithmus einer in einem Speicher hinterlegten Lichtbogenkennlinie ausgewählt wird und dass dem Mikroprozessor Istwerte, beispielsweise von Schweissstrom und/oder Schweissspannung und/oder Gasdurchflussmenge zugeführt werden und dass der Mikroprozessor aufgrund der ausgewählten Lichtbogenkennlinie und der eingestellten Lichtbogenlänge und den erfassten Istwerten eine Regelung der Lichtbogenlänge durchführt, wobei ein entsprechendes Signal von der Regeleinrichtung an das Motorstellglied abgegeben wird.
Der sich daraus ergebende überraschende Vorteil ist darin zu sehen, dass eine auto-
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matisierte Einstellung des für die jeweilige Betriebsart notwendigen Algorithmus erzielt wird. Da alle für die Schweissung notwendigen Parameter, wie Schweissstrom, Schweissspannung, Betriebsart, Art des Gases bzw. Gasdurchflussmenge oder dgl. über eine Eingabeeinrichtung in einen direkt im Schweissgerät vorgesehenen Mikroprozessor eingegeben werden und von den in einem Speicher hinterlegten Lichtbogenkennlinien die entsprechende ausgewählt wird, erfolgt - unter Berücksichtigung der einfliessenden Istwerte - eine Zuordnung zum Arbeitspunkt, sodass die optimale Lichtbogenlänge eingeregelt wird.
Ferner sind die im Speicher hinterlegten Lichtbogenkennlinien entsprechend ihrem Kurvenverlauf abgespeichert, wodurch auch in der Anfangsphase eine genaue Regelung durchgeführt wird. Ein automatisierter Vorgang mit höchster Zuverlässigkeit ist durch diese Erfindung gewährleistet.
Vorteilhaft ist auch eine Weiterbildung nach Anspruch 2, da beispielsweise beim Impulsschweissen eine zeitversetzte und/oder zeitverkürzte Regelung durchgeführt werden kann.
Gemäss einer vorteilhaften Weiterbildung nach Anspruch 3 erfolgt die Lichtbogenanpassung über die Schweissspannung.
Die Aufgabe der Erfindung wird aber unabhängig davon auch durch eine Anordnung zur Regelung der Lichtbogenlänge, nach welcher eine Regeleinrichtung bestehend aus mindestens einem Mikroprozessor, mindestens einem Speicher und entsprechenden Schnittstellen in der Stromquelle integriert ist, gelöst.
Die sich daraus ergebenden Vorteile liegen darin, dass durch die Anordnung des Mikroprozessors und des Speichers im Schweissgerät selbst ein geringer Hardwareaufwand und vor allem ein äusserst geringer externer Aufwand an Verkabelung notwendig ist. Durch diesen geringen Aufwand ist natürlich eine sehr geringe Störanfälligkeit gegeben, wodurch die Zuverlässigkeit immens erhöht wird.
Die Ausgestaltung nach Anspruch 5 ermöglicht eine überaus wirtschaftliche Anordnung der notwendigen Geräte in der Stromquelle und stellt eine gleichmässige Qualität der Schweissverbindung sicher.
Nach einer vorteilhaften Weiterbildung gemäss Anspruch 6 wird eine technisch ausgereifte, betriebssichere und kostengünstige Anzeige vorgesehen. Ein wirtschaftli-
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ches Arbeiten ist dadurch gewährleistet, da Steh- oder Totzeiten weitgehendst vermieden werden.
Bei einer Ausgestaltung nach Anspruch 7 ist von Vorteil, dass über eine im Schweissgerät angeordnete Schnittstelle ein technisch ausgereiftes Gerät, wie ein Digital/Analog-Wandler, eingesetzt wird. Auch dadurch wird die Störanfälligkeit deutlich herabgesetzt.
Dabei erweist sich eine Ausgestaltung nach Anspruch 8 als vorteilhaft, da zur Ansteuerung des Motorstellgliedes lediglich eine angepasste Analogspannung notwendig ist. Nachdem es sich bei dieser Analogspannung um einen Reglerausgangswert handelt, müssen Offset- und Verstärkungsfehler des Ausgangs nicht kompensiert werden.
Nach einer anderen Ausführungsvariante gemäss Anspruch 9 wird vorteilhafterweise eine genormte Schnittstelle zur Ansteuerung des Motorstellgliedes vorgesehen. Dadurch wird die Möglichkeit geschaffen, das Motorstellglied über eine Datenverbindung anzusteuern.
Schliesslich ist aber auch eine Ausgestaltung nach Anspruch 10 von Vorteil, da die Ein-
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gabeeinrichtung ebenfalls aus technisch ausgereiften, betriebssicheren und kostengünstigen Einzelteilen besteht. Wie bereits erwähnt, ist dadurch ein wirtschaftlicher Einsatz dieses Schweissgerätes gewährleistet.
Die Erfindung wird im nachfolgenden anhand der in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert.
Es zeigen : Fig. 1 das erfindungsgemässe Schweissgerät zum Roboterschweissen ; Fig. 2 die erfindungsgemässe Schaltungsanordnung in der Stromquelle.
Einführend sei festgehalten, dass in den unterschiedlich beschriebenen Ausführungsformen gleiche Teile bzw. Zustände mit gleichen Bezugszeichen bzw. gleichen Bauteilbezeichnungen versehen werden, wobei die in der gesamten Beschreibung enthaltenen Offenbarungen sinngemäss auf gleiche Teile bzw. Zustände mit gleichen Bezugszeichen bzw. gleichen Bauteilbezeichnungen übertragen werden können. Auch sind die in der Beschreibung gewählten Lageangaben, wie z. "oben", "unten", "seitlich" usw. auf die unmittelbare beschriebene sowie dargestellte Figur bezogen und sind bei einer Lageänderung sinngemäss auf die neue Lage zu übertragen.
Weiters können auch Einzelmerkmale oder Merkmalskombinationen aus den gezeigten unterschiedlichen Ausführungsbeispielen für sich eigenständige, erfinderische oder erfindungsgemässe Lösungen darstellen.
Gemäss der Fig. 1 ist ein Schweissgerät 1, insbesondere zum automatischen WIGSchweissen, beispielsweise zum Roboterschweissen, dargestellt. Dieses Schweissgerät 1 besteht im wesentlichen aus einer Stromquelle 2, einer Steuerung 3 für einen Roboter 4 und dem Roboter 4 selbst, wobei der Roboter 4 einen Arm 5 mit einem Brenner 6 aufweist. Ferner weist der Roboter 4 eine Vorschubeinrichtung 7 für den als Zusatzmaterial verwendeten Draht 8, der von einer Drahtspule 9 abgezogen wird, auf. Die Steuerung 3 für den Roboter 4 ist einerseits über die Steuerleitung 10 mit dem Roboter 4 und andererseits über eine Leitung 11 mit der Vorschubeinrichtung 7 sowie über eine weitere Leitung 12 mit der Stromquelle 2 verbunden.
Die Stromquelle 2 weist in ihrer Zu-
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leitung 13 ein Motorstellglied 14 für die Verstellung des Brenners 6 über einen Motor 15 auf.
Im Bereich des Brenners 6 ist ein über einen Schweissprozess zu verarbeitendes Werkstück 16 vorgesehen. Über eine Regelung soll der Abstand zwischen dem Brenner 6 und dem Werkstück 16 während des eigentlichen Schweissvorganges konstant gehalten werden. Der Abstand zwischen Brenner 6 und Werkstück 16, also die Lichtbogenlänge, ist von verschiedenen Faktoren abhängig. So wirken auf die optimale Lichtbogenlänge die Betriebsart, nämlich, ob Gleich- oder Wechselstrombetrieb gewählt wird, wie auch die Art des Gases und natürlich das Material und gegebenenfalls die Abmessungen einer nicht abschmelzenden Elektrode 17 sowie das Material des Werkstückes 16 ein.
Diese Parameter sowie der Schweissstrom und die Lichtbogenlänge werden über Tasten 18, Potentiometer 19 bzw. Schalter 20 über eine Eingabeeinrichtung 21 in die Stromquelle 2 eingegeben bzw. an der Stromquelle 2 eingestellt.
Diese eingegebenen Werte sowie entsprechende Betriebsdaten sind an einer vorzugsweise im Bereich der Eingabeeinrichtung 21 angeordneten Anzeige 22 ablesbar. Die Anzeige 22 kann als LCD (liquid cristal display)-Display oder mittels Leuchtdioden ausgeführt sein.
Um bei einem automatischen Schweissprozess eine gleichmässige, ausgezeichnete Qualität der Schweissverbindung sicherzustellen, wird eine konstante Lichtbogenlänge zum Ziel gesetzt. Eine konstante Lichtbogenlänge dient zum Erzielen eines gleichmässigen Einbrandes und zum Ausgleich etwaiger Unebenheiten des Werkstückes 16. Für eine konstante Lichtbogenlänge ist eine gleichmässige Leistung der Stromquelle 2 und eine Regelung der Lichtbogenlänge Voraussetzung. Eine derartige Regeleinrichtung 23 ist, wie strichliert dargestellt, in der Stromquelle 2 integriert.
Gemäss der Fig. 2 ist eine Schaltungsanordnung für eine derartige Regeleinrichtung 23 aufgezeigt. Die Regeleinrichtung 23 besteht aus mindestens einem Mikroprozessor 24 und mindestens einem Speicher 25 sowie den entsprechenden Schnittstellen zur Aufbereitung von erfassten Istwerten 26. Ferner ist der Mikroprozessor 24 mit der Eingabeeinrichtung 21 bzw. mit der Anzeige 22 verbunden. Ausgansseitig ist der Mikroprozessor 24 an einen Digital/Analog-Wandler 27, der als Schnittstelle zum Motorstellglied 14
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dient, angeschlossen. Zur Ansteuerung des Motorstellgliedes 14 ist lediglich eine an das Motorstellglied 14 angepasste Analogspannung von +/- 10 Volt erforderlich.
Dabei kann beispielsweise bei Anliegen einer positiven Spannung der Abstand, also die Lichtbogenlänge, vergrössert bzw. bei einer negativen Spannung der Abstand verkleinert werden, d. h., dass die Lichtbogenlänge in Abhängigkeit der positiven und/oder negativen Halbwelle der Schweissspannung geregelt wird. Die entsprechende Amplitude der Spannung wird von der Motordrehzahl vorgegeben.
Als Alternative zum Digital/Analog-Wandler 27 kann als Schnittstelle beispielsweise eine - strichliert gezeichnete - genormte RS485-Schnittstelle 28 vorgesehen werden.
Dadurch kann die Ansteuerung eines internen oder externen Motorstellgliedes 14 über eine Datenverbindung vorgenommen werden. Natürlich könnte auch die Schnittstelle für das Motorstellglied 14 in diesem selbst vorgesehen sein, wobei dann eine - strichpunktiert gezeichnete-digitale Datenleitung 29 vom Mikroprozessor 24 bis zum Motorstellglied 14 verläuft.
Um eine automatische Regelung der Lichtbogenlänge beim Schweissen zu erzielen, werden die für die Schweissung erforderlichen Parameter, wie beispielsweise der Schweissstrom und dgl. über die Eingabeeinrichtung 21 vorgegeben, wobei entsprechend diesen Parametern der Mikroprozessor 24 den Algorithmus einer im Speicher 25 hinterlegten Lichtbogenkennlinie auswählt. Ferner werden dem Mikroprozessor 24 die Istwerte 26, beispielsweise der Schweissstrom und die Schweissspannung und dgl., zugeführt. Aufgrund der ausgewählten Lichtbogenkennlinie und den Istwerten 26 führt der Mikroprozessor 24 eine Regelung der Lichtbogenlänge durch, wobei ein entsprechendes Signal an das Motorstellglied 14 abgegeben wird.
Wie ja allgemein bekannt, ist die Lichtbogenlänge nicht proportional der Lichtbogenspannung, aber die Abweichung der Lichtbogenspannung ist ein Mass für die Abweichung bzw. Änderung der Lichtbogenlänge. Über den Lichtbogenspannungs-Istwert, in Zusammenwirken mit der gewählten Lichtbogenkennlinie, kann die Regelung der Lichtbogenlänge durchgeführt werden.
Durch die unmittelbare Eingabe der Parameter erfolgt auch eine Anpassung an die Betriebsart und beispielsweise an das verwendete Material automatisch.
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Darüber hinaus können die Prozessdaten, wie beispielsweise das Stromflusssignal und/oder das Pulssynchronsignal, dazu verwendet werden, um die Regeleinrichtung 23 für die Lichtbogenlänge zu aktivieren oder zu deaktivieren.
Abschliessend sei der Ordnung halber darauf hingewiesen, dass in den Zeichnungen einzelne Bauteile und Baugruppen zum besseren Verständnis der Erfindung unproportional und massstäblich verzerrt dargestellt sind.
Die den eigenständigen erfinderischen Lösungen zugrundeliegende Aufgabe kann der Beschreibung entnommen werden.
Vor allem können die einzelnen in den Fig. 1 ; 2 gezeigten Ausführungen den Gegenstand von eigenständigen, erfindungsgemässen Lösungen bilden. Die diesbezüglichen, erfindungsgemässen Aufgaben und Lösungen sind den Detailbeschreibungen dieser Figuren zu entnehmen.